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TGA Ausgabe 11-2010
Building Information Modeling (BIM)

Mit 3D-Modellen besser planen

Abb. 1 Gerenderte isometrische Darstellung eines TGA-Projekts, das mit DDS-CAD erstellt worden ist. (Quelle: Rackow & Partner)
Abb. 1 Gerenderte isometrische Darstellung eines TGA-Projekts, das mit DDS-CAD erstellt worden ist.

Building Information Modeling (BIM) bringt in die Planungsprozesse eine neue Qualität. Grundlage ist die objektbasierte Planung. Damit stellt eine moderne BIM-Software zwischen den grafischen Objekten und ihren Parametern ein Beziehungsnetzwerk her. So werden einzelne oder komplexe Planungsschritte sowie Änderungen an beliebigen Elementen und Stellen übergreifend unterstützt und führen automatisch zur Aktualisierung anderer beeinflusster Objekte.

Die Bedeutung des Building Information Modeling (BIM) wird durch das immense Interesse der Bauindustrie insbesondere der Baukonzerne in letzter Zeit zunehmend deutlich. Die Vorteile einer gewerkeübergreifenden, objektbasierten 3D-Gebäudeplanung und Modellierung, die den gesamten Lebenszyklus ­eines Gebäudes bis hin zur effizienten Unterstützung des Betreibers begleiten, sprechen für sich: Hohe Wirtschaftlichkeit, Transparenz und Planungssicherheit sowie Verbesserung der Qualität und interdisziplinären Kommunikation. Selbst Sicherheitskonzepte setzen heute auf BIM.

Diese Situation prägt daher auch die der­zeitige Ausrichtung der Entwicklungsaktivitäten von nahezu allen Herstellern von Bausoftware. Dabei verbirgt sich hinter BIM keine völlig neue bzw. revolutionäre Idee. Dies wird nicht zuletzt daran deutlich, dass bereits vor über 20 Jahren Data Design System (DDS) mit DDS-CAD eine Planungssoftware für die Haus- und Gebäudetechnik entwickelt hat, die den BIM-Grundgedanken konsequent berücksichtigte – seinerzeit allerdings noch nicht unter dem Schlagwort BIM. Die Entwicklung von Building Information Modeling verdeutlicht die Sicht eines DDS-CAD-Anwenders mit zwölf Jahren BIM-Erfahrung.

Interdisziplinärer Zusammenschluss

Ende der 1990er-Jahre haben sich das Inge­nieurbüro Rackow & Partner und das Architekturbüro Gerd Goebgens – tätig in gemeinsam genutzten Räumlichkeiten in Aachen – entschlossen, eine neue Planungssoftware anzuschaffen. Dabei waren insbesondere der interdisziplinäre Zusammenschluss zwischen Architektur und übergreifender Gewerkeplanung sowie die Investition in geeignete IT-Lösungen von Bedeutung. Das Ingenieurbüro entschied sich für die kommunikationskompatible und bereits damals durchgängige sowie gewerkeübergreifende BIM-Lösung DDS-CAD.

Ausschlaggebend war, dass sich das Planungswerkzeug bei BIM nicht auf die reine Gebäudedarstellung beschränkt, sondern beispielsweise Trassenführungen, Verkabelungen, Lüftungsrohre und Verteiler in die BIM-Planungen einbezieht. Dafür existieren diverse TGA-Berechnungen, Plausibilitäts- und Kollisionsprüfungen sowie Gestaltungs- und Dokumentationswerkzeuge. Damit werden die gestellten Aufgaben professioneller, in kürzerer Zeit und mit hoher Planungssicherheit in 3D durchführbar Abb. 1.

Das Architekturbüro Gerd Goebgens arbeitete damals mit einer Architektursoftware, die zwar 3D-Darstellungen ermöglichte, diese aber nicht exportieren konnte. Dennoch scheuten die Mitarbeiter des Ingenieurbüros den Zusatzaufwand nicht, die zugelieferten 2D-DWG-Pläne in eine 3D-BIM-Darstellung aufzubereiten, da sie von den Vorteilen ihrer neuen Planungssoftware überzeugt waren und seitdem den Nutzen in ihren Projekten stets aufs Neue unter Beweis stellen. Somit steht den Ingenieuren eine optimale IT-Unterstützung von der bautechnischen CAD-Zeichnung über die Planung und Dokumenta­tion der einzelnen Gewerke bis hin zur Erstellung der Ausführungsunterlagen zur Verfügung. Und dies zum Vorteil aller Beteiligten einschließlich des jeweiligen Auftraggebers bzw. Bauherrn.

Hohe Anforderungen an Software

Die beiden Unternehmen bearbeiten Projekte für Krankenhäuser, Dialysezentren, Pflegeeinrichtungen, öffentliche Einrichtungen, Indus­trie- und Verwaltungsgebäude bis hin zu Wohnanlagen und den privaten Wohnungsbau – in der Regel in Zusammenarbeit. Das Ingenieurbüro plant in diesem Rahmen Sanitär-, Heizungs-, Klima-/Lüftungs- und Elektroanlagen einschließlich Beleuchtungs-, Kommunikations- sowie Datentechnik und übernimmt die Bauüberwachung. Darüber hinaus ist es auf diesen Gebieten beratend tätig und erstellt energietechnische Gutachten.

„Aufgrund unserer Aufgabenstellungen werden von unserer Seite an die von uns eingesetzte Software hohe Anforderungen in Bezug auf eine ganzheitliche Betrachtungsweise und Durchgängigkeit bei der Projektbearbeitung gestellt. Dies muss ohne redundante Dateneingaben möglich sein, eine volle Transparenz bieten und die vollautomatische Erstellung bzw. Revision der Dokumentation, Materiallisten und Ausführungsunterlagen ermöglichen. Diese Anforderungen wurden entsprechend dem technologischen Stand zeitgemäß durch DDS-CAD bis zum heutigen Tag erfüllt“, erklärt Dipl.-Ing. Christoph Rackow Abb. 2, Geschäftsführer des gleichnamigen Ingenieurbüros. Der überzeugte BIM-Nutzer: „Natürlich kommt mit dem Essen der Appetit, und Anwenderwünsche vermögen eine Software bedarfsgerecht und entsprechend technologischer Trends zu prägen. Daher kommt es uns sehr entgegen, dass gerade DDS sehr aufmerksam Anregungen der Anwender aufgreift und erfolgreich umsetzt.“

Bedarf führt zu Standards und Trends

Im Bauwesen und speziell auch in der Haus- und Gebäudetechnik hat sich auf dem Sektor der IT-gestützten Planung und Dokumentation in den letzten zehn Jahren eine enorme Entwicklung vollzogen. Zunächst agierten die Planer ausgehend von einfachen 2D-CAD-Darstellungen über 3D-Visualisierungen, diversen TGA-Berechnungen und ersten Simulationen noch auf der zeichnerischen und konstruktiven Ebene. Der Datenaustausch zwischen den Beteiligten – also Architekt, Fachplaner und Bauherren – erfolgte durch die Schnittstellen-Standards DXF/DWG.

Sie unterstützen jedoch nicht den wünschenswerten Transfer intelligenter Daten mit ergänzenden technischen, objektspezifischen Informationen. Abhilfe schafft hier u.a. die vom buildingSMART (ehemals IAI – Industrieallianz für Interoperabilität) entwickelte plattformübergreifende Objektsprache IFC (Industry Foundation Classes) zur Datenhaltung und für die automatische bidirektionale Datenübertragung zwischen verschiedenen Bausoftwaresystemen. IFC bietet den Vorteil, dass alle Daten neutral an jedes CAD- oder FM-System übergeben werden können Abb. 3.

Ein IFC-Modell ist ein Bauwerksmodell. Es definiert und überträgt die Projektstruktur (Grundstück, Gebäude, Gebäudeabschnitte, Geschosse), es enthält intelligente und parametrische Bauteildaten wie Länge, Breite, Höhe einer Wand, und die Beziehungen zwischen Bauteilen und mit anderen Objekten. Diese Fähigkeit, Beziehungen wie Fenster in Wandöffnung oder eine Wand als Raumgrenze zwischen Softwareprogrammen austauschen zu können, ist einzigartig für IFC und eröffnet ein Spektrum neuer Möglichkeiten, beispielsweise ein technisches Raumbuch aus dem Bauwerksmodell zu erstellen. Die in IFC mitgelieferte Relation einer technischen Komponente zu dem Raum, in der sie sich befindet, liefert hierzu die Grundlage1).

Eigenkoordination der Informationen

Heute können Planer mit intelligenten Objekten – Zeichnungen und Symbole mit fachspezifischen Informationen – und kompletten Gebäudemodellen arbeiten. Oberflächen- und Volumenkörperfunktionen ergänzen diese Möglichkeiten, sodass anspruchsvolle und komplexe Objekte darstellbar werden. Erklärtes Ziel in der Fachwelt war es, das durch Geometrie und Daten geprägte Konstruktionsmodell um ein Verhaltensmodell zu ergänzen und so eine objektbasierte Planung zu erhalten. Erreicht wird dies durch eine Eigenkoordination der Informationen im Realtime-Mode in allen Ansichten des Modells. Darüber hinaus bestehen auch direkte Abhängigkeiten und Beziehungen zwischen Bauteilen und Objekten, sodass aufgrund der parametrischen Abhängigkeiten entsprechende Automatismen auch gewerkeübergreifend einsetzen.

Generell werden alle Dokumentationen vollautomatisch generiert, und nach einer vorgenommenen Änderung können manuelle Folgeanpassungen entfallen. Um diese angestrebten hochqualitativen, konsistenten und zuverlässigen Gebäudemodelle zu erhalten, wird die softwaretechnische Realisierung von bidirektionaler Assoziativität und Synchronisation erforderlich. Als anschauliches Beispiel hierzu bieten sich die Verschiebung einer Außenwand und die einsetzenden Automatismen an. Automatisch verlängert die BIM-Software die angrenzenden Außen- und Innenwände, Decken sowie Böden und ebenso erfährt die Dachkonstruktion eine automatische Anpassung.

Objektbasierte Planung

Mit dem Einzug der objektbasierten Planung, welche die eigentliche Grundlage von BIM bildet, wurden das Verhalten grafischer Objekte sowie die Relationen zwischen diesen bzw. verschiedenen Modellkomponenten über Parameter (Werte und Eigenschaften) erfasst. Mit der Abbildung derartiger Beziehungsnetzwerke vermag eine moderne BIM-Software sehr effektvoll kontextgesteuert, begleitet von entsprechenden Plausibilitätsprüfungen, einzelne oder komplexe Planungsschritte sowie insbesondere Änderungen an beliebigen Elementen und Stellen mit der zugehörigen übergreifenden Aktualisierung zu unterstützen.

Mit folgerichtiger Konsequenz hat in den letzten Jahren das Interesse der Bauwirtschaft an der praktischen Umsetzung des BIM-Ansatzes zugenommen. Zwar werden derartige neu angebotene Perspektiven und Möglichkeiten, beispielsweise die Nutzung von IFC-Dateien, nur zögerlich angenommen, doch die generelle Tendenz ist stets positiv und bestätigt letztlich die Bemühungen der Entwickler.

Diese Erfahrungen unterstreichen auch die Experten von DDS. Den Focus bei der Weiterentwicklung der Software richten die Spezialisten in die Einbindung neuester Erkenntnisse und Technologien zur effektiven digitalen Abbildung einer gewerkeübergreifenden 3D-Gebäudemodellierung. Darum wird die Software stets den aktuellen BIM-Anforderungen gerecht und ist beispielsweise in der Lage, nach Änderungen an der Geometrie eines Objektes automatisch die beeinflussten Objekte entsprechend ihrer neuen Abmessungen anzupassen. Hinzu kommt, dass bestimmte Objekte zueinander eine fixierte, unveränderbare Distanz beibehalten. Dies kann auch auf die Dimensionierung von ausgewählten Objekten wie Türen oder Fenster innerhalb eines anderen Objekts, einer Wand, zutreffen. Weiterhin kennzeichnend für eine derartige BIM-Software ist, dass sich Ausschnitte und Schnitte bei Änderungen am Gebäudemodell automatisch aktualisieren und sofort in Echtzeit zur Verfügung stehen.

Einfache „was-wäre-wenn-Analysen“

Rackow & Partner ist einer der zahlreichen DDS-Anwender, welche die einzelnen Entwicklungsschritte von der rein zeichnerisch orientierten CAD-Unterstützung über die objektbezogene CAD- und 3D-Technologie bis zur Verhalten-reflektierenden, objektbasierten Planung in der praktischen Umsetzung erfolgreich nutzen. „Wobei letzterer Schritt sich selbstverständlich nicht in einer einzigen ‚von-Heute-auf-Morgen-Aktion‘ vollzog. Die Einführung dieses BIM-Ansatzes erfordert auch ein neu zu entwickelndes Verständnis zur Einschätzung und Nutzung dieser Planungswerkzeuge in der modernen 3D-Gebäudemodellierung,“ stellt Rackow fest.

„Die Modellbeschreibung, die Bereitstellung der zugehörigen Dokumentation und insbesondere das Änderungsmanagement erfolgen durch intuitive Bedienerführung und vornehmlich vollautomatisch. Die Qualität und Zuverlässigkeit der Planungsergebnisse lässt dabei keine Wünsche offen. Doch der größte Nutzen besteht aus unserer Sicht darin, dass das unbeliebte Thema ‚Änderung‘ nunmehr eine sehr konstruktive Komponente darstellt. Denn der Planer wird so in die Lage versetzt, inhaltlich wesentlich verbesserte, also optimierte Auslegungen in der gesamten Gebäudemodellierung zu realisieren, beispielsweise unter energie- oder beleuchtungstechnischen Aspekten. So können mit dem koordinierenden und konsistenzsichernden Änderungsmanagement durch Veränderung bestimmter Parameter leicht ‚was-wäre-wenn-Analysen‘ bzw. Simulationen durchgeführt werden. Die Möglichkeiten gehen weit über gewerkeübergreifende Kollisionsprüfungen der Konstruktionsebene hinaus. Beispielsweise lassen sich durch Änderungen des Lichteinfalls unmittelbar Schlussfolgerungen auf den Energiebedarf und die erforderlichen Installa­tionen ausweisen.“

Multiuser-Fähigkeit

Ein weiterer großer Vorteil, die Multiuser-Fähigkeit, trägt zu einer sehr deutlichen Effizienzsteigerung bei und zwar im Rahmen der qualitativen Zuverlässigkeit, der merklichen Zeiteinsparung sowie den Abstimmungsprozessen zwischen den einzelnen Disziplinen der Fachplaner, Architekten und Auftraggebern bzw. Bauherren. Völlig unproblematisch können die Planer parallel ihre Gewerke in einem gemeinsamen Projekt bearbeiten Abb. 4. Während Verteiler, Notstromversorgung, Beleuchtung und Auslegung der Heizung geplant werden, widmet sich ein anderer Fachplaner den Aufgabenstellungen in der Klima- und Lüftungstechnik und ein Kollege dem sanitären Bereich. DDS-CAD-Gebäudetechnik sorgt für Aktualisierung und Koordinierung der Daten und unterbindet mögliche Kollisionen zwischen Lüftungskanälen, Heizungs-/Sanitärrohren und Elektroleitungen bzw. -trassen.

„Im Zusammenhang mit der in Kürze auf dem Markt erscheinenden DDS-CAD Version sind für uns zum einen die Erweiterung einer zweidimensionalen DWG-Datei zu einem 3D-Gebäudemodell und zum anderen die dynamische Dimensionsanzeige der geplanten Bauelemente interessant“, berichtet Rackow. „Auch auf diese neue Version DDS-CAD Gebäudetechnik 7 freuen wir uns, denn sie unterstreicht die gewohnte Praxisnähe, Funktionalität und Benutzerfreundlichkeit der DDS-Planungswerkzeuge. Wir versprechen uns eine weitere zuverlässige und hocheffiziente Unterstützung unserer Geschäftsprozesse.“  

http://www.ingenieurbuero-rackow-partner.de

1) Siehe auch: BIM/IFC-Anwenderhandbuch, buildingSMART, München 2008, http://www.buildingsmart.de. Das Handbuch steht nach einer kostenlosen Registrierung als Download zur Verfügung.

Inhaltsübersicht

  1. Teil: Mit 3D-Modellen besser planen
  2. Teil: BIM-Anwendertag
  3. Teil: Steckbrief Data Design System
  4. Teil: Dr. Ralf Volker Schüler
  5. Teil: WEB-Ticker
  • Abb. 2 Christoph Rackow, Geschäftsführer des Ingenieurbüros Rackow & Partner: „Die Einführung des BIM-Ansatzes erfordert ein neu zu entwickelndes Verständnis. Die Vorteile sind aber enorm.“
  • Abb. 3 Der direkte Zugriff aller Projektbeteiligten auf intelligente IFC/BIM-Dateien vereinfacht den Datenaustausch erheblich.
  • Abb. 4 Planungsteam bei Rackow & Partner in Aktion. Völlig unproble­matisch können mehrere Planer die Gewerke parallel bearbeiten, Kollisionen werden sofort aufgezeigt.
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